Des robots imprimés en 3D : des essaims aux articulations souples s'attaquent aux terrains et aux tâches difficiles
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Les articulations souples du robot l'aident à marcher sur des terrains irréguliers. Crédit : Nitin Sanket
Imaginez un essaim de petits robots, chacun de la taille de la paume de votre main, se déployant dans une communauté ravagée par un incendie de forêt, cartographiant les zones contaminées par des matières toxiques, recherchant des survivants, identifiant les zones de propagation rapide des incendies de forêt. Ou imaginez que les robots soient utilisés pour déminer les champs de bataille, mener des missions de recherche et de sauvetage après des tremblements de terre, ou déployés dans des fermes pour lutter contre les nuisibles et surveiller l'état des sols.
C'est une vision sur laquelle Markus Nemitz, professeur adjoint de génie mécanique à l'Université Tufts aux Etats-Unis, travaille depuis de nombreuses années, et elle commence maintenant à prendre forme physique avec la création de petits robots résilients et à articulations souples construits avec des imprimantes 3D, décrits dans un nouvel article publié dans Nature Communications .
« Ma thèse de doctorat portait sur la robotique en essaim », explique Markus Nemitz. « Je voulais développer des algorithmes qui contrôlent de grands groupes de robots, leur permettant de partager des informations et de modifier leur comportement en fonction de l'évolution des conditions et de la nécessité d'un effort collectif. Mais je me suis rendu compte que, même si moi et d'autres créions ces algorithmes pour des simulations, il n'existait aucun système robotique réel pour les démontrer. Je me suis dit que je devrais peut-être résoudre ce problème. »
La création d’essaims de centaines ou de milliers de robots est généralement considérée comme trop coûteuse à mettre en pratique. Markus Nemitz et l’étudiant diplômé Cem Aygül ont conçu un robot robuste qui peut être presque entièrement fabriqué sur une imprimante 3D en quelques heures seulement, surmontant non seulement la barrière du coût, mais réduisant également le délai de fabrication de sorte que, théoriquement, on pourrait imprimer des centaines de robots avec une banque d’imprimantes en une journée.
Les applications des essaims de robots devraient se dérouler dans des environnements difficiles et imprévisibles, et certains robots pourraient être perdus ou sacrifiés dans l’accomplissement de leur tâche collective.
« Nous avons conçu nos robots avec des composants souples et rigides, au lieu de composants essentiellement rigides comme ceux que l'on peut voir sur le chien robotisé Spot de Boston Dynamics », assure Markus Nemitz. « Vous pouvez larguer nos robots d'un hélicoptère ou les aplatir sous une roue, ils se relèveront quand même et s'en iront. Ils marchent sur des rochers. Ils marchent sur du sable. Ils peuvent ramper sur des pentes raides. Ils peuvent gérer de nombreux environnements différents, ce qui nous permet désormais de développer une capacité d'essaim qui quitte réellement le laboratoire et qui présente un taux de survie élevé. »
Les membres du robot sont constitués de liens semi-souples et d'articulations souples, semblables à ceux des mammifères ou des reptiles dont les structures osseuses sont reliées par des articulations plus molles recouvertes de cartilage, ce qui permet un certain jeu dans le mouvement au-delà d'un seul plan de rotation. En attribuant plusieurs matériaux de souplesse variable aux liens, le robot devient plus résistant aux impacts physiques.
Les robots entièrement rigides, dont certains sont assez agiles, doivent néanmoins effectuer plusieurs corrections rapides et soudaines dans plusieurs membres pour rester debout lorsqu'ils atterrissent sur un terrain accidenté et imprévisible. Les robots dotés d'articulations souples ont un schéma de mouvement plus fluide lorsqu'ils marchent sur le terrain, s'adaptant facilement aux irrégularités de la surface.
Cadre étendant la conception de mécanismes classiques à la robotique souple. Crédit : Nature Communications (2025). DOI : 10.1038/s41467-025-56025-3
L'imprimante est capable de distribuer plusieurs matériaux, ce qui permet de fabriquer simultanément des composants semi-souples et souples. L'électronique est ajoutée manuellement au cours de l'impression, mais cette étape peut également être automatisée.
« Une fois que nous aurons ces robots, nous pourrons également les personnaliser, car chaque opération peut avoir des conditions nouvelles », a déclaré Markus Nemitz.
« Vous vous souviendrez peut-être qu’en 2018, une équipe de football était coincée dans le système de grottes de Tham Luang Nang Non en Thaïlande. Aucun système robotique ne pouvait y accéder en raison de la combinaison de canaux étroits, de surfaces rocheuses et d’environnements sous-marins. Théoriquement, on pourrait rapidement imprimer des robots dotés de nouvelles fonctionnalités combinées pour naviguer dans ces environnements complexes afin de délivrer des messages et des fournitures. »
Markus Nemitz et son laboratoire ont travaillé en parallèle sur des applications spécifiques pour le déminage et la surveillance de l’environnement, notamment le suivi de l’évolution des conditions et de la position des glaciers.
https://now.tufts.edu/2025/02/07/3d-printed-robots-designed-work-together-big-tasks